Маса пульсара PSR J0740 + 6620 виявилася рекордною для відомих нейтронних зірок: 2,17 мас Сонця. Значення відповідає верхнім межами теоретичних оцінок і допоможе визначити поки що невідоме рівняння стану речовини при надядерній щільності в надрах нейтронних зірок, пишуть автори в препринті на arXiv.org.
Нейтронні зірки - це один з можливих кінцевих етапів еволюції звичайних світил. Вони мають виключно високу щільність, яка навіть перевищує ядерну. В атомних ядрах щільність може досягати 3 1017 кілограмів на метр кубічний, а в центрі нейтронних зірок, за різними оцінками, може бути в кілька разів більше.
Основною проблемою на сучасному етапі досліджень цих екстремальних об'єктів є невідоме рівняння стану матерії в їх надрах, тобто залежність тиску від щільності. Існує велика різноманітність моделей, які передбачають різну внутрішню будову, розмір та інші властивості нейтронних зірок.
Протестувати різні моделі будови можна за допомогою вивчення мілісекундних пульсарів - нейтронних зірок, яскраве радіовипромінювання з полюсів яких при кожному обороті фіксується на Землі. Багато параметрів таких об'єктів і явища в їх околицях можна визначити методом пульсарного таймінгу, тобто за допомогою тривалих спостережень прийнятих сигналів.
У роботі під керівництвом Ханни Кромарті (Hanna Thankful Cromartie) з Віргінського університету описується визначення маси пульсара PSR J0740 + 6620 у подвійній системі з білим карликом. Оцінка стала можливою завдяки спостереженню ефекту Шапіро - уповільненню поширення світла при проходженні поблизу масивного тіла. Цей феномен є одним зі стандартних проявів загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна і вимірений у багатьох ситуаціях, в тому числі і для планет Сонячної системи.
У даному випадку відповідні умови виникають при русі пульсара позаду компаньйона при орбітальному з'єднанні, тобто потраплянні обох тіл на промінь зору. Вимірювання затримки за часом приходу сигналів пульсара і знання параметрів обігу тіл в системі дозволяють з високою точністю вирахувати масу пульсара, яка виявилася дорівнює 2,17 сонячних.
Об'єкт став наймасивнішою нейтронною зіркою з відомих на даний момент; зірок цього класу важчий двох Сонц в принципі відомо досить мало. Відкриття дозволяє встановити нові обмеження на можливі рівняння стану речовини в надрах нейтронних зірок і вказує на справедливість більш жорстких рівнянь, в яких тиск залежно від маси зростає швидше. Фізично це відповідає появі відштовхування між частинками при менших щільностях.
Найточнішою теоретичною оцінкою верхньої межі вважається значення 2,16 мас Сонця, вона отримана з використанням інформації про випромінені гравітаційні хвилі в єдиному відомому на даний момент злитті нейтронних зірок. Тим не менш, в межах помилок ці величини узгоджуються.
Нейтронні зірки мають безпосереднє відношення до хімічної еволюції Всесвіту, адже саме в їх злиттях утворюються найважчі елементи. Тому вивчення цих об'єктів важливе не тільки в контексті релятивістської астрофізики і фізики високих енергій, а й для інших областей науки.